Измерение величины напряжения в цепях

1. Измерение напряжения постоянного тока

1. Измерение напряжения в цепи переменного тока

Прибор для измерения напряжения напряжения подключается параллельно нагрузке, поэтому

1. Для измерения напряжения постоянного тока используют те же

измерительные механизмы, что и для самого тока. Последовательно в цепь включаются добавочные сопротивления.

Фактически приборы измеряют ток, ответвляются по параллельной цепи от нагрузки и сам принцип такого измерения уже вносит погрешности в исследуемую цепь. Изменение пределов измерения достигается подключением последовательно к измерительному механизму цепочки делителей (рис 1).

Или параллельно (рис 2).

Величина напряжения, измеряемого элементами измерительно - механическими (ИМ) обычно ограничена: 300 В, реже 600 В.

Для увеличения диапазона измерения напряжения чаще всего применяют

делители (рис 3). В любом случае цепочка делителей высчитывается дополнительно помимо приведенной погрешности, поэтому рекомендуется применять приборы с большим входным сопротивлением, а этим требованиям отвечают e вольтметры, величина которых достигает нескольких десятков МОм. Для справки: сопротивление электродинамического вольтметра = 1 кОм.

Электронные вольтметры постоянного напряжения имеют следующую структуру.

Входное напряжение поступает в блок делителей где в зависимости от диапазона. В высокоомных делителях формируется часть от измеряемой величины. Далее усилитель постоянного тока (УПТ) на ОУ, выходной сигнал которого и регистрируется измерительным механизмом. Большое значение придается стабильности коэффициента передачи УПТ. Делители высокоомные, с тем они должны быть точными. Промышленность же особо точные высокоомные резисторы не выпускает, поэтому делители собирают из цепочки резисторов, подбирая при настройке. Суммарная погрешность такой схемы превышает погрешность ИМ.

Небольшие величины постоянного напряжения измеряют с помощью компенсаторов. Компенсатор - источник ЭДС, величину которой можно изменить с большой точностью (например набором переключателей). Значение напряжения фиксируется на компенсаторе при совпадении стрелки с нулевым значением.

Компенсаторы - не самые простые элементы, поэтому их применяют в точных лабораторных измерениях. При измерении высоких напряжений с помощью компенсаторов на входе их ставят делители. Для измерения величины постоянного напряжения чаще применяют ИМ известных систем. Недостаток - погрешность вследствие отвлечения тока в цепи ИМ.

Второе, положительная величина напряжения ограничена значением порядка 300 В (600 В). Более точной считается e вольтметра с цифровым отсчетом, когда вместо измерительного механизма используется АЦП и индикаторы. В лабораторных работах для точных измерений применяют компенсаторы - более точные устройства, но громоздкие для постоянного использования. Часто встречающиеся сигналы постоянного тока, изменяются по величине.

е прибор отметит мелькание младших разрядов. Стрелочный прибор - стрелка будет вибрировать, но занимать среднее положение.

2. Промышленная частота.

ИМ электромагнитной и электродинамической систем используют с добавочными сопротивлениями, подключенными последовательно к катушкам. Ток полного отклонения в таких приборах может достигать 200 mA уже при напряжении порядка 30 В, поэтому наибольший предел измерения в вольтметре с добавочными сопротивлениями 600 В. Повысить его можно с помощью первичных преобразователей: измерит. тр-рах.

Напряжение его подключенное к нагрузке снижает точность измерения, поскольку собственные потери не учитываются. Делители на резисторах целесообразно использовать на низких частотах, т.к. сказывается емкость элементов. Делители могут быть как выносными, так и встроенными. Делитель позволяет уменьшить входной сигнал для прибора, а добавочный резистор - уменьшает ток через прибор. Приборы электромеханические сохраняют свои позиции при которых текущее значение стационарно,используются на щитах, пультах, индикаторах. Вместе с тем, цифровые вольтметры более удобны в пользовании, обеспечивают высокую точность, поэтому в последнее время они внедряются повсеместно по критериям точности. Основное отличие структуры цифрового вольтметра переменного напряжения от рассматриваемого-ввходном преобразователе.

Как правило, стрелочные приборы измерительного механизма измеряют величину U действующего.

Помимо измерения действующего значения разработаны приборы для получения амплитуды постоянной составляющей напряжения. Как правило это электрические приборы, имеющие соответственный измерительный преобразователь. Механизм измерения максимального значения (амплитуды) в том, что необходимо запомнить величину максимума и сохранить ее в некотором интервале времени. Запоминающий элемент - цепь CR.

Данная схема называется пиковым детектором. Схема выпрямляет входной сигнал и величина выходного напряжения у выхода U_MAX. В технике получить большую составляющую разряда конденсатора = 2,2RC сложно, поэтому чаще такую схему называют квазипиковой детектор. Эти схемы применяют для измерения максимальных значений переменного напряжения.

Пиковый (квазипиковый) вольтметр позволяет измерять максимум значений за интервал времени. Приборы используют для анализа сигналов в схемах защитной автоматики и анализа переходных процессов. Пиковый вольтметр используют для получения амплитудных значений пикового сигнала.

Вторая особенность в измерении напряжения в получении средних значений. Как правило эта величина интересна, когда сигнал однополярный, но не постоянный по величине. Для его получения необходим также преобразователь на основе выпрямителя. Но его постоянная соизмерима с временем измерения, которое может изменяться.

Эта энергия используется при исследовании цепей для характеристики сигналов: гармоники, шумы.

Время измерения усредняет величину U0, поэтому основная трудность это подбор времени измерения.

Амплитудные

пиковые

квазипиковые

максимальные

Конструктивно сам детектор часто выполняют в выносном делителе. Среднее значение напряжения на интервале также измеряют электронным вольтметром, у которого постоянная интегрирования подбирается близкой к периоду следования сигнала. Наибольшей точностью при измерении U обеспечивают цифровые вольтметры, поэтому стремятся применить их во всех возможных ситуациях.

Дата добавления: 2014-10-15